方波分频滤波加法电路的设计.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.82M 资料格式：doc 举报版权申诉

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2013“电航杯”暨全国电子设计竞赛选拔赛设计报告第 18 组 10kHz 低通滤波电路 30kHz 低通滤波电路一、电路图 1) 整体框图 555 定时器组成的多谐振荡器产生方波 74ls160 的分频电路 2) 整体仿真图二、单元电路功能简介 1) 稳压电源模块 a) 如图 10kHz 移相电路加法电路 2) 555 定时器组成的多谐振荡器产生方波 a) 基本工作原理如图 1，接通 VCC 后，VCC 经 R1 和 R2 对 C 充电。当 uc 上升到 2VCC/3 时，uo=0，T 导通，C 通过 R2 对 T 放电，uc 下降。当 uc 下降到 VCC/3 时，uo 图 1

又由 0 变为 1，T 截止，VCC 又经 R1 和 R2 对 C 充电。如此重复上述过程，在输出端 uo 产生了连续的矩形脉冲。振荡频率计算公式：f=1.43/[（R1+2R2）*C]。电路中 R1、R2 分别取 2.7K 及 1K 的电阻，充电电容 C1 取 10nF ，滤波电容 C2 为 0.01uF ，根据公式 f=1.43/[（R1+2R2）*C2]可计算出频率为 30KHz。仿真如图 2：图 2 3) 74LS160 分频模块设计 4) 巴特沃斯低通滤波器滤波器输入端输入的是方波信号，输出为其对应的基波频率正弦波，由傅立叶级数变换可知，方波可以分解为各奇次谐波的正弦波。所以我们只要设计低通滤波器即可满足比赛要求。为了提高滤波器性能,本次比赛中我们设计两个有源的 5 阶巴特沃斯低通滤波器来实现题目要求，截止频率分别为 10KHz 和 30KHz。通过查巴特沃斯 LPF 的归一化表及相关公式，计算出各级滤波器的 RC。基本电路图如下：图 1 5 阶低通滤波器，截止频率 10KHz，增益=1

图 2 5 阶低通滤波器，截止频率 30KHz，增益=1 第一级是 1 级 LPF，第 2 级和第 3 级是 2 阶 LPF，3 级合起来构成 5 阶 LPF，电路由 RC 和放大电路网络构成，其中的运算放大器是比赛中提供的 TL084。比赛中为了满足滤波电路输出信号峰峰值的要求，我们又做了反相放大电路，电路图如下：此放大电路可实现 0~5 倍信号反相放大，在输出端通过调节滑动变阻器，使 10KHz 正弦波峰峰值为 6V，30KHz 正弦波峰峰值为 2V。图 3 反相比例放大器实际测试输出波形：

图 4 输出 10KHz 正弦波波形图 5 输出 30KHz 正弦波波形 5) 移相电路模块设计在上述变换电路中曾出现过 RC 积分电路的应用，则会产生一定的相移，移相电路对分频滤波后的各路正弦信号进行相位移动，使它们的相位关系满足信号合成的需要。采用有源 RC 移相电路，可以实现信号的幅度增益恒定为 1，相位可调的效果。实现滞后相移 90°。见图 3 所示： 10K ui 10K 100K 6800P uo

由于电路是单电源供电，因此改造电路如图 4：图 3 6) 同相加法器设计图 4 题目要求合成后的波形类同于方波，则连个频率分量要满足傅立叶变换系数的要求，之前通过比例运算电路对系数矫正过，因此这里利用同相输入求和电路实现信号合成，将各输入电压加在集成运放的同相输入端，同时为了引入一个深度负反馈，将反馈电阻 RF 接到反相输入端，设计的电路见图 5 所示：图 5

三、测试数据 10KHz 频率实际幅度（峰峰值） 6.00V 6.08V 测得幅度 1.33% 相对误差 30KHz 2.00V 2.10V 5%

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